crypto/dsa/dsa_ossl.c

   1 /*
   2  * Copyright 1995-2016 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   3  *
   4  * Licensed under the OpenSSL license (the "License").  You may not use
   5  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
   6  * in the file LICENSE in the source distribution or at
   7  * https://www.openssl.org/source/license.html
   8  */
   9
  10 #include <stdio.h>
  11 #include "internal/cryptlib.h"
  12 #include <openssl/bn.h>
  13 #include <openssl/sha.h>
  14 #include "dsa_locl.h"
  15 #include <openssl/asn1.h>
  16
  17 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa);
  18 static int dsa_sign_setup_no_digest(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  19                                     BIGNUM **rp);
  20 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in, BIGNUM **kinvp,
  21                           BIGNUM **rp, const unsigned char *dgst, int dlen);
  22 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
  23                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa);
  24 static int dsa_init(DSA *dsa);
  25 static int dsa_finish(DSA *dsa);
  26
  27 static DSA_METHOD openssl_dsa_meth = {
  28     "OpenSSL DSA method",
  29     dsa_do_sign,
  30     dsa_sign_setup_no_digest,
  31     dsa_do_verify,
  32     NULL,                       /* dsa_mod_exp, */
  33     NULL,                       /* dsa_bn_mod_exp, */
  34     dsa_init,
  35     dsa_finish,
  36     DSA_FLAG_FIPS_METHOD,
  37     NULL,
  38     NULL,
  39     NULL
  40 };
  41
  42 static const DSA_METHOD *default_DSA_method = &openssl_dsa_meth;
  43
  44 void DSA_set_default_method(const DSA_METHOD *meth)
  45 {
  46     default_DSA_method = meth;
  47 }
  48
  49 const DSA_METHOD *DSA_get_default_method(void)
  50 {
  51     return default_DSA_method;
  52 }
  53
  54 const DSA_METHOD *DSA_OpenSSL(void)
  55 {
  56     return &openssl_dsa_meth;
  57 }
  58
  59 static DSA_SIG *dsa_do_sign(const unsigned char *dgst, int dlen, DSA *dsa)
  60 {
  61     BIGNUM *kinv = NULL;
  62     BIGNUM *m;
  63     BIGNUM *xr;
  64     BN_CTX *ctx = NULL;
  65     int reason = ERR_R_BN_LIB;
  66     DSA_SIG *ret = NULL;
  67     int rv = 0;
  68
  69     m = BN_new();
  70     xr = BN_new();
  71     if (m == NULL || xr == NULL)
  72         goto err;
  73
  74     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
  75         reason = DSA_R_MISSING_PARAMETERS;
  76         goto err;
  77     }
  78
  79     ret = DSA_SIG_new();
  80     if (ret == NULL)
  81         goto err;
  82     ret->r = BN_new();
  83     ret->s = BN_new();
  84     if (ret->r == NULL || ret->s == NULL)
  85         goto err;
  86
  87     ctx = BN_CTX_new();
  88     if (ctx == NULL)
  89         goto err;
  90  redo:
  91     if (!dsa_sign_setup(dsa, ctx, &kinv, &ret->r, dgst, dlen))
  92         goto err;
  93
  94     if (dlen > BN_num_bytes(dsa->q))
  95         /*
  96          * if the digest length is greater than the size of q use the
  97          * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see fips 186-3,
  98          * 4.2
  99          */
 100         dlen = BN_num_bytes(dsa->q);
 101     if (BN_bin2bn(dgst, dlen, m) == NULL)
 102         goto err;
 103
 104     /* Compute  s = inv(k) (m + xr) mod q */
 105     if (!BN_mod_mul(xr, dsa->priv_key, ret->r, dsa->q, ctx))
 106         goto err;               /* s = xr */
 107     if (!BN_add(ret->s, xr, m))
 108         goto err;               /* s = m + xr */
 109     if (BN_cmp(ret->s, dsa->q) > 0)
 110         if (!BN_sub(ret->s, ret->s, dsa->q))
 111             goto err;
 112     if (!BN_mod_mul(ret->s, ret->s, kinv, dsa->q, ctx))
 113         goto err;
 114
 115     /*
 116      * Redo if r or s is zero as required by FIPS 186-3: this is very
 117      * unlikely.
 118      */
 119     if (BN_is_zero(ret->r) || BN_is_zero(ret->s))
 120         goto redo;
 121
 122     rv = 1;
 123
 124  err:
 125     if (rv == 0) {
 126         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_SIGN, reason);
 127         DSA_SIG_free(ret);
 128         ret = NULL;
 129     }
 130     BN_CTX_free(ctx);
 131     BN_clear_free(m);
 132     BN_clear_free(xr);
 133     BN_clear_free(kinv);
 134     return ret;
 135 }
 136
 137 static int dsa_sign_setup_no_digest(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 138                                     BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp)
 139 {
 140     return dsa_sign_setup(dsa, ctx_in, kinvp, rp, NULL, 0);
 141 }
 142
 143 static int dsa_sign_setup(DSA *dsa, BN_CTX *ctx_in,
 144                           BIGNUM **kinvp, BIGNUM **rp,
 145                           const unsigned char *dgst, int dlen)
 146 {
 147     BN_CTX *ctx = NULL;
 148     BIGNUM *k, *kinv = NULL, *r = *rp;
 149     BIGNUM *l, *m;
 150     int ret = 0;
 151     int q_bits;
 152
 153     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
 154         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 155         return 0;
 156     }
 157
 158     k = BN_new();
 159     l = BN_new();
 160     m = BN_new();
 161     if (k == NULL || l == NULL || m == NULL)
 162         goto err;
 163
 164     if (ctx_in == NULL) {
 165         if ((ctx = BN_CTX_new()) == NULL)
 166             goto err;
 167     } else
 168         ctx = ctx_in;
 169
 170     /* Preallocate space */
 171     q_bits = BN_num_bits(dsa->q);
 172     if (!BN_set_bit(k, q_bits)
 173         || !BN_set_bit(l, q_bits)
 174         || !BN_set_bit(m, q_bits))
 175         goto err;
 176
 177     /* Get random k */
 178     do {
 179         if (dgst != NULL) {
 180             /*
 181              * We calculate k from SHA512(private_key + H(message) + random).
 182              * This protects the private key from a weak PRNG.
 183              */
 184             if (!BN_generate_dsa_nonce(k, dsa->q, dsa->priv_key, dgst,
 185                                        dlen, ctx))
 186                 goto err;
 187         } else if (!BN_priv_rand_range(k, dsa->q))
 188             goto err;
 189     } while (BN_is_zero(k));
 190
 191     BN_set_flags(k, BN_FLG_CONSTTIME);
 192
 193     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
 194         if (!BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 195                                     dsa->lock, dsa->p, ctx))
 196             goto err;
 197     }
 198
 199     /* Compute r = (g^k mod p) mod q */
 200
 201     /*
 202      * We do not want timing information to leak the length of k, so we
 203      * compute G^k using an equivalent scalar of fixed bit-length.
 204      *
 205      * We unconditionally perform both of these additions to prevent a
 206      * small timing information leakage.  We then choose the sum that is
 207      * one bit longer than the modulus.
 208      *
 209      * TODO: revisit the BN_copy aiming for a memory access agnostic
 210      * conditional copy.
 211      */
 212     if (!BN_add(l, k, dsa->q)
 213         || !BN_add(m, l, dsa->q)
 214         || !BN_copy(k, BN_num_bits(l) > q_bits ? l : m))
 215         goto err;
 216
 217     if ((dsa)->meth->bn_mod_exp != NULL) {
 218             if (!dsa->meth->bn_mod_exp(dsa, r, dsa->g, k, dsa->p, ctx,
 219                                        dsa->method_mont_p))
 220                 goto err;
 221     } else {
 222             if (!BN_mod_exp_mont(r, dsa->g, k, dsa->p, ctx, dsa->method_mont_p))
 223                 goto err;
 224     }
 225
 226     if (!BN_mod(r, r, dsa->q, ctx))
 227         goto err;
 228
 229     /* Compute  part of 's = inv(k) (m + xr) mod q' */
 230     if ((kinv = BN_mod_inverse(NULL, k, dsa->q, ctx)) == NULL)
 231         goto err;
 232
 233     BN_clear_free(*kinvp);
 234     *kinvp = kinv;
 235     kinv = NULL;
 236     ret = 1;
 237  err:
 238     if (!ret)
 239         DSAerr(DSA_F_DSA_SIGN_SETUP, ERR_R_BN_LIB);
 240     if (ctx != ctx_in)
 241         BN_CTX_free(ctx);
 242     BN_clear_free(k);
 243     BN_clear_free(l);
 244     BN_clear_free(m);
 245     return ret;
 246 }
 247
 248 static int dsa_do_verify(const unsigned char *dgst, int dgst_len,
 249                          DSA_SIG *sig, DSA *dsa)
 250 {
 251     BN_CTX *ctx;
 252     BIGNUM *u1, *u2, *t1;
 253     BN_MONT_CTX *mont = NULL;
 254     const BIGNUM *r, *s;
 255     int ret = -1, i;
 256     if (!dsa->p || !dsa->q || !dsa->g) {
 257         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MISSING_PARAMETERS);
 258         return -1;
 259     }
 260
 261     i = BN_num_bits(dsa->q);
 262     /* fips 186-3 allows only different sizes for q */
 263     if (i != 160 && i != 224 && i != 256) {
 264         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_BAD_Q_VALUE);
 265         return -1;
 266     }
 267
 268     if (BN_num_bits(dsa->p) > OPENSSL_DSA_MAX_MODULUS_BITS) {
 269         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, DSA_R_MODULUS_TOO_LARGE);
 270         return -1;
 271     }
 272     u1 = BN_new();
 273     u2 = BN_new();
 274     t1 = BN_new();
 275     ctx = BN_CTX_new();
 276     if (u1 == NULL || u2 == NULL || t1 == NULL || ctx == NULL)
 277         goto err;
 278
 279     DSA_SIG_get0(sig, &r, &s);
 280
 281     if (BN_is_zero(r) || BN_is_negative(r) ||
 282         BN_ucmp(r, dsa->q) >= 0) {
 283         ret = 0;
 284         goto err;
 285     }
 286     if (BN_is_zero(s) || BN_is_negative(s) ||
 287         BN_ucmp(s, dsa->q) >= 0) {
 288         ret = 0;
 289         goto err;
 290     }
 291
 292     /*
 293      * Calculate W = inv(S) mod Q save W in u2
 294      */
 295     if ((BN_mod_inverse(u2, s, dsa->q, ctx)) == NULL)
 296         goto err;
 297
 298     /* save M in u1 */
 299     if (dgst_len > (i >> 3))
 300         /*
 301          * if the digest length is greater than the size of q use the
 302          * BN_num_bits(dsa->q) leftmost bits of the digest, see fips 186-3,
 303          * 4.2
 304          */
 305         dgst_len = (i >> 3);
 306     if (BN_bin2bn(dgst, dgst_len, u1) == NULL)
 307         goto err;
 308
 309     /* u1 = M * w mod q */
 310     if (!BN_mod_mul(u1, u1, u2, dsa->q, ctx))
 311         goto err;
 312
 313     /* u2 = r * w mod q */
 314     if (!BN_mod_mul(u2, r, u2, dsa->q, ctx))
 315         goto err;
 316
 317     if (dsa->flags & DSA_FLAG_CACHE_MONT_P) {
 318         mont = BN_MONT_CTX_set_locked(&dsa->method_mont_p,
 319                                       dsa->lock, dsa->p, ctx);
 320         if (!mont)
 321             goto err;
 322     }
 323
 324     if (dsa->meth->dsa_mod_exp != NULL) {
 325         if (!dsa->meth->dsa_mod_exp(dsa, t1, dsa->g, u1, dsa->pub_key, u2,
 326                                     dsa->p, ctx, mont))
 327             goto err;
 328     } else {
 329         if (!BN_mod_exp2_mont(t1, dsa->g, u1, dsa->pub_key, u2, dsa->p, ctx,
 330                               mont))
 331             goto err;
 332     }
 333
 334     /* let u1 = u1 mod q */
 335     if (!BN_mod(u1, t1, dsa->q, ctx))
 336         goto err;
 337
 338     /*
 339      * V is now in u1.  If the signature is correct, it will be equal to R.
 340      */
 341     ret = (BN_ucmp(u1, r) == 0);
 342
 343  err:
 344     if (ret < 0)
 345         DSAerr(DSA_F_DSA_DO_VERIFY, ERR_R_BN_LIB);
 346     BN_CTX_free(ctx);
 347     BN_free(u1);
 348     BN_free(u2);
 349     BN_free(t1);
 350     return ret;
 351 }
 352
 353 static int dsa_init(DSA *dsa)
 354 {
 355     dsa->flags |= DSA_FLAG_CACHE_MONT_P;
 356     return 1;
 357 }
 358
 359 static int dsa_finish(DSA *dsa)
 360 {
 361     BN_MONT_CTX_free(dsa->method_mont_p);
 362     return 1;
 363 }